Frage:
Was sind die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Robotermission nach Europa?
Don Branson
2013-07-18 05:02:17 UTC
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Von allen Zielen in unserem Sonnensystem fasziniert mich Europa am meisten. Jeder Ort hat seine eigenen Vorzüge und seine eigene Schönheit, aber ich bin sehr optimistisch, das Leben auf Europa zu finden. Es ist alles unter Eis, aber vielleicht gibt es genug warmes Wasser, um für das Leben gastfreundlich zu sein. Gibt es ungelöste technische Probleme, die uns davon abhalten würden, dies erfolgreich abzuschließen, wenn wir die Marketing- und politischen Hindernisse beiseite lassen?

Zeit und Geld sind jetzt die Hauptthemen. Missionen sind bereits ausgearbeitet, technologische Probleme können überwunden werden. Es geht darum, sie zu genehmigen und zu finanzieren und dann zu bauen und zu starten.
Wow, bin ich jemals nicht damit einverstanden, diese Frage zu schließen ...
Und in den heutigen Nachrichten: http://alcalde.texasexes.org/2013/08/ut-scientists-design-lander-for-jupiters-moon-europa/
http://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2015/05/13/scientists-want-to-send-a-fish-like-soft-robot-to-swim-the-oceans-of-europa/
Zwei antworten:
#1
+13
Rody Oldenhuis
2013-07-18 12:21:28 UTC
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Ich denke, das Haupthindernis ist das Maß an Autonomie , das für eine vollwertige Lander-Mission erforderlich ist.

Die Kommunikationsverzögerung zwischen Erde und Jupiter liegt zwischen einem halben Stunde und eine Stunde (abhängig von der Jahreszeit), in eine Richtung (die tatsächliche Verzögerung ist also doppelt so lang), aber intelligente Entscheidungen müssen während der Landung in Echtzeit getroffen werden und insbesondere während der Bohrphase (und / oder beim Tauchen , wenn es sich selbst senken oder eine Sonde senden soll).

  • Landung Da sich die Oberfläche Europas stark verändert, muss das Raumschiff die Oberfläche aus der Ferne erkunden und irgendwie einen geeigneten Landeplatz auswählen. Natürlich kann dies mit Hilfe von Menschen aus dem niedrigen Europa-Orbit erfolgen, da es noch keinen Ansturm gibt. Angesichts der Kommunikationsverzögerung muss die Landung selbst jedoch nahezu autonom durchgeführt werden. Da dies wahrscheinlich eine Flaggschiff-Mission im Wert von mehreren Milliarden Dollar sein wird und die Folgen der meisten Fehlertypen in dieser Phase alle das Ende der Mission bedeuten, können Sie es sich nicht leisten, dass hier etwas schief geht. Dies impliziert ein sehr robustes KI-Landesystem, das selbst den schwierigsten Tests standgehalten hat. Wir haben viel auf dem Mars geübt, aber es gibt noch kein System, auf das die Raumfahrtagenturen bereit sind, ihre Milliarden zu setzen.

  • Bohren Nach einer erfolgreichen Landung ist es Zeit, das Eis zu durchschneiden. Idealerweise haben wir unseren Landeplatz gut genug ausgewählt, um in der Nähe eines Bruchs oder zumindest auf einem dünnen Stück Eiskruste zu landen. Aber natürlich konstruieren gute Ingenieure immer für den schlimmsten Fall. Deshalb sind wir gerade auf dem dicksten, dichtesten und kältesten Teil des europäischen Oberflächeneises gelandet.

    Das Durchbohren von Eis ist wahrscheinlich viel schwieriger als nur einen kleinen Kernofen darauf fallen zu lassen, der sich einfach durchschmilzt. Dies kann ein sehr heikles Thema sein, da der Weg zum Jupiter normalerweise nach einigen Vorbeiflügen am einfachsten ist. Es gab eine große politische Debatte, als die Cassini / Huygens-Sonde dies tat, da die Wahrscheinlichkeit gering war, dass sich die Sonde in der Erdatmosphäre auflöste, was bedeutete, dass sie ihr RTG brechen und mehrere Kilogramm Plutonium in die Atmosphäre ausbreiten konnte. Plutonium ist die giftigste Substanz, die dem Menschen bekannt ist, so dass selbst diese wenigen kg viel Schaden anrichten würden, unabhängig davon, wo es fallen gelassen wurde. Das Einbringen eines Atomofens könnte sich daher als schwierig erweisen, politisch durchzuziehen oder zumindest die Flugzeit erheblich zu verlängern, da wir keine Vorbeiflüge an der Erde durchführen können.

    Es gibt auch andere Bedenken hinsichtlich der Nuklearoption. Aufgrund seiner hohen Temperatur kann es alle organischen Stoffe zerstören, denen es begegnet, bevor es entdeckt wird. Es ist auch schwierig auszuschalten, so dass es, wenn es endlich das flüssige Wassereis erreicht hat, wahrscheinlich vollständig durchschneiden und sich auf den Boden sinken lassen muss. Es wird Bedenken hinsichtlich einer Kontamination geben - wenn Sie einen offenen Kernofen auf ein möglicherweise makelloses Leben fallen lassen, werden Sie nicht sehr beliebt.

    Der Bohrmechanismus, sei es ein tatsächlicher Bohrer, eine Wärmequelle wie der Kernofen oder etwas ganz anderes, muss ebenfalls eine intelligente Sache sein. Wir wissen nicht zu viel über das Eis, daher kann es teilweise felsig sein (das überspringe ich hier) und teilweise "matschig". Dies bedeutet, dass wir für das Szenario entwerfen müssen, in dem flüssiges Wasser wahrscheinlich das Loch über dem Bohrmechanismus füllen und erneut einfrieren wird. Die einzige Möglichkeit, zu garantieren , um diese Funktion zu gewährleisten, besteht darin, den Lander an der Oberfläche zu lassen und die intelligente Bohr- / Erkundungssonde mit einem Haltegurt, der für Kommunikation / Strom sorgt, auf das Eis fallen zu lassen. Beachten Sie, dass sich die gesamte Länge des Haltegurts auf der Bohr- / Erkundungssonde befinden muss, da Sie das Haltegurt nicht auf gefrorenem Eis lockern können.

  • Tauchen Sobald alle Bohrprobleme gelöst sind und die Bohr- / Explorationssonde den flüssigen Ozean erreicht hat, ist es Zeit, etwas zu erkunden. Wahrscheinlich ist das einzige, was dieses Ding während der ersten Europa-Mission tun wird, einige Proben in seiner unmittelbaren Umgebung zu sammeln und einige biochemische Experimente damit durchzuführen. Im Idealfall hat das Meer jedoch ein vollwertiges U-Boot erreicht, das in der Lage ist, sich an Stellen seiner Wahl zu manövrieren, ohne von einem Haltegurt behindert zu werden (die Spitze seines Haltegurts ist also ein WiFi-Sender und ein Batterieladepunkt :) und vollgepackt mit allen Roboterarmen, Labs-on-a-Chip und anderen Sensoren, die dem Menschen bekannt sind.

Im Grunde ist es eine drei- oder vierteilige Mission. Teil A befindet sich im niedrigen Europa-Orbit und dient als Kommunikations-Relaisstation zur Erde. Teil B ist der Lander und dient als Relaisstation für die Kommunikation zu Teil A . Teil C ist die eisdurchdringende Sonde, die mit B kommuniziert und diese an A weiterleitet. Möglicherweise wird es auch einen Teil D geben - eine Relaisstation in einer hohen Jupiter-Umlaufbahn, um Kommunikationsfinsternisse zwischen der Erde und Europa zu minimieren und / oder als temporäres Datenspeichergerät zu dienen. Daten von C werden höchstwahrscheinlich in Bursts an A übermittelt, da A pro Umlaufzeit nur um eins kommt (es sei denn, Sie platzieren sie in Europa-stationäre Umlaufbahn, die aufgrund der Nähe zum Jupiter instabil ist und die Mission nur noch weiter erschweren würde). A muss diese großen Volumina speichern und auf die Erde übertragen, und die Kommunikationsraten in solchen Entfernungen sind erheblich niedriger als zwischen A , B strong möglich > und C . Möglicherweise überträgt C seine Daten im Verlauf einer Europa-Umlaufbahn an D , das sie speichert und mit der niedrigeren Datenrate an Erdempfänger überträgt.

Diese spezielle Mission, die ich hier skizziert habe, ist die beliebteste, aber ehrlich gesagt auch die am wenigsten wahrscheinliche, die bald stattfinden wird. Die letzten beiden Phasen müssen vollständig autonom mit Zuverlässigkeit in Weltraumqualität durchgeführt werden. Dies ist alles Technologie, die wir noch nicht haben. Es gibt also technologische Herausforderungen, politische Herausforderungen, monetäre Herausforderungen, Herausforderungen in Bezug auf Kontamination usw. usw. usw. Angesichts der Menge an Ressourcen, auf die wir realistisch hoffen können, einen großen Sprung zu machen (leider die Appollo-Tage, wo Es wurde eine militärische Budgetskala verwendet, die längst nicht mehr vorhanden ist.

Die weitaus wahrscheinlichere Mission ist eine, die einen Orbiter um Europa herumführt, der ausgerüstet ist mit einem sehr leistungsstarken eisdurchdringenden Radar (oder einem ähnlichen Gerät) und hochwertiger Fernerkundung. Die einzige wirkliche Herausforderung hierbei ist das Radar (aus dem bereits Bodenversionen und Luftversionen existieren), das im Idealfall nicht nur die Formen und Größen von Objekten unter der Oberfläche erfassen kann, sondern auch, aus welchen Substanzen diese Objekte bestehen von.

Gutes Schreiben. Der Haltegurt ist eine gute Idee, die schwer zu implementieren ist, wenn das Eis oben gefriert, aber plausibel, wenn die Blase aus geschmolzenem Eis genügend Flüssigkeit über der Sonde enthält. Ein Gedanke, den ich beim Schmelzen durch das Eis habe, ist, dass die Wärme nicht die direkte Wärme des Kernofens sein muss - der Kern könnte Strom erzeugen, um eine Heizung zu betreiben, die gesteuert werden könnte. Obwohl die Hitze des Reaktors irgendwohin gehen muss, gibt es vielleicht sowieso keinen wirklichen Weg, sie zu kontrollieren.
Können Sie hervorheben, dass die Verzögerung von einer halben bis einer Stunde eine Möglichkeit ist? Mit anderen Worten, es ist eine Verzögerung von 2 Stunden, eine Stunde, um es Ihnen zu sagen (ahh, ich falle) und eine weitere Stunde, um zu sagen (setzen Sie den Fallschirm ein, den Sie Idiot einsetzen), bis dahin ist es allerdings etwas zu spät ...
Sind die Chancen hoch, dass der erste Punkt durch die wissenschaftlichen Bemühungen der selbstfließenden und vollständig wiederverwendbaren ersten Stufen von SpaceX gelöst wird? Könnte dies später nicht auch für automatisierte Landungen auf anderen Körpern verbessert werden?
@Zaibis hat sich in der Tat erheblich weiterentwickelt, und ich hoffe, dass es so weitergeht wie bisher. Es sollte jedoch betont werden, dass SpaceX im Grunde nichts davon hatte, ob die Rakete landen würde oder nicht, und das Experimentieren mit der Kritikalität Null ist einfach. Wie ich bereits sagte, ist die Kritikalität in einer Europa-Mission sehr groß, und die Kluft zwischen einem erfolgreichen Experiment und der gleichen Leistung in Bezug auf hohe Kritikalität ist beträchtlich. Beispielsweise dauerte es einige Zeit, bis Autopiloten die Verantwortung menschlicher Piloten ausgleichen konnten [Fortsetzung]
Das Fliegen und Landen eines Flugzeugs mit @Zaibis [c'td] ist vergleichsweise einfach, und Flugzeuge können durch die Verbesserung der Sicherheit und die Reduzierung der Kosten durch Automatisierung einiges gewinnen. Angesichts der Tatsache, dass der kommerzielle Flugverkehr eine milliardenschwere Industrie mit Kapitalrendite ist (im Gegensatz zur Weltraumforschung), war das einzige, was seine Entwicklung verlangsamte, die Kritikalität. Dennoch wurde der Grundstein für diese Art von Verfahren jetzt teilweise von Luftfahrt-, Automobil- und ähnlichen Branchen gelegt, damit andere Branchen schneller werden können. Obwohl ich hoffnungsvoll bin, habe ich gelernt, vorsichtig mit Optimismus umzugehen :)
#2
+2
Gwen
2013-07-18 05:48:25 UTC
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Die Antwort auf Ihre Frage hängt sehr stark von Ihren Missionszielen ab. Schauen wir uns einige der Möglichkeiten in der Reihenfolge ihrer Schwierigkeit an.

  • Absturz eines Objekts in Europa: Ich denke, wir können dieses verwalten. Wir haben die Huygens-Sonde 2005 erfolgreich auf der Oberfläche von Titan abgestürzt (was übrigens zu dem einzigen Foto führte, das wir von der Oberfläche eines Himmelskörpers außerhalb des inneren Sonnensystems haben.)
  • Landung eines Rovers / Fahrzeugs auf der Oberfläche Europas: Wir hatten glücklicherweise viel Übung darin, Fahrzeuge im Rover-Stil auf dem Mars zu landen, sodass die Technologie, um dies erfolgreich durchzuführen, bereits größtenteils entwickelt ist. Tatsächlich plant die NASA, ab 2020 genau dies zu tun. Dies könnte uns wertvolle Informationen über die Lebensfähigkeit des Lebens auf Europa geben, könnte uns jedoch nicht in direkten Kontakt damit bringen . Diese Rover könnten beispielsweise sehr detaillierte Analysen der chemischen Zusammensetzung Europas durchführen und den Weg für zukünftige Unterwassersonden ebnen. Außerdem könnte im Laufe der geologischen Zeit Wasser aus den tiefen Ozeanen in das Oberflächeneis wandern, was bedeuten würde, dass sogar Oberflächenrover Signaturen des alten Lebens erkennen könnten.
  • Bohren in die Eiskruste bis zu den darunter liegenden Ozeanen: Um erfolgreich zu beweisen oder zu widerlegen, ob es tatsächlich derzeit Leben auf Europa gibt, müssten wir senden eine Sonde unter Europas Oberflächeneis in die flüssigen Ozeane. Leider stellt dies eine Reihe sehr schwieriger (und beispielloser) technischer Herausforderungen dar, die wir zuerst bewältigen müssten. Wenn Europa sogar flüssige Ozeane hat (die wir noch nicht genau kennen), würden sie irgendwo zwischen 5 km und 100 km granithartem Eis begraben sein. An den oberen Enden dieser Skala verstehen wir nicht einmal vollständig, wie sich Eis bei diesen Drücken verhält, geschweige denn, wie man es richtig durchbohrt. Selbst wenn wir davon ausgehen könnten, dass wir die beste Bohrausrüstung der Erde nach Europa bringen könnten, müssten wir enorm komplizierte Vorkehrungen treffen, um das gegrabene Loch wieder abzudichten und zu verstärken, um zu verhindern, dass der Tunnel auf sich selbst zusammenbricht, und um zu verhindern, dass der Innendruck Europas plötzlich durchbricht das Loch. Eine Unterwassersonde für Europa kommt wahrscheinlich nicht in Frage, sowohl aufgrund des aktuellen Verständnisses der Bedingungen auf Europa als auch unserer Bohrtechnologie.
"Flüssige Ozeane (die wir noch nicht genau kennen)" Tatsächlich sind wir zu mehr als 95% davon überzeugt, dass es flüssige Ozeane unter der Oberfläche gibt. Die Bruchmuster in der Eiskruste sind sonst nur schwer zu erklären. Tatsächlich passt ein Ozean von einigen Kilometern Tiefe am besten zu den Daten.
@RodyOldenhuis Europa hat * wahrscheinlich * flüssige Ozeane, aber wir können einige Alternativen nicht definitiv ausschließen - werfen Sie einen Blick auf die alternative Erklärung [hier] (http://en.wikipedia.org/wiki/Europa_%28moon%) 29 # Subsurface_ocean), wie dieser Bruch möglicherweise auf andere Ursachen zurückzuführen sein könnte.
@Gwenn: Ich weiß nicht, ich sehe mehr Beweise in Richtung der Ozeane mit flüssigem Wasser als sonst. * Nichts * in den Wissenschaften ist jemals 100% sicher; Das Beste, auf das Sie jemals hoffen können, ist, die wahrscheinlichste Option anzustreben.
@Gwenn - Das Bohren wäre sicherlich schwierig, aber vielleicht könnte eine Sonde, die ihre äußere Oberfläche erwärmt, schmelzen und dann die Wärme deaktivieren, wenn sie auf Flüssigkeit trifft. Es würde dann auf den Boden sinken, wo es auf Lebenszeichen prüfen könnte. Eine Rückmeldung an die Oberfläche wäre jedoch schwierig.


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